2022年SMT环境中的最新复杂技术.doc

SMT环境中的最新复杂技术只要关注一下现在在各地举办的五花八门的专业会议的主题，我们就不难理解电子产品中采纳了哪些最新技术。CSP、0201无源元件、无铅焊接和光电子，能够说是近来许多公司在PCB上实践和积极评价的抢手先进技术。比方说，如何处理在CSP和0201组装中常见的超小开孔（250um）咨询题，确实是焊膏印刷往常从未有过的根本物理咨询题。板级光电子组装，作为通讯和网络技术中开展起来的一大领域，其工艺特别精细。典型封装昂贵而易损坏，特别是在器件引线成形之后。这些复杂技术的设计指导原则也与一般SMT工艺有特别大差异，由于在确保组装消费率和产品可靠性方面，板设计扮演着更为重要的角色；例如，对CSP焊接互连来说，仅仅通过改变板键合盘尺寸，就能明显提高可靠性。CSP应用 现在人们常见的一种关键技术是CSP（图1）。CSP技术的魅力在于它具有诸多优点，如减小封装尺寸、增加针数、功能功能加强以及封装的可返工性等。CSP的高效优点表达在：用于板级组装时，能够跨出细间距（细至0.075mm）周边封装的界限，进入较大间距（1，0.8，0.75，0.5，0.4mm）区域阵列构造。已有许多CSP器件在消费类电信领域应用多年了，人们普遍认为它们是SRAM与DRAM、中等针数ASIC、快闪存储器和微处理器领域的低本钱处理方案。CSP能够有四种根本特征方式：即刚性基、柔性基、引线框架基和晶片级规模。CSP技术能够取代SOIC和QFP器件而成为主流组件技术。CSP组装工艺有一个咨询题，确实是焊接互连的键合盘特别小。通常0.5mm间距CSP的键合盘尺寸为0.2500.275mm。如此小的尺寸，通过面积比为0.6甚至更低的开口印刷焊膏是特别困难的。不过，采纳精心设计的工艺，可成功地进展印刷。而毛病的发生通常是由于模板开口堵塞引起的焊料缺乏。板级可靠性主要取决于封装类型，而CSP器件平均能经受-40125的热周期8001200次，能够无需下填充。然而，假如采纳下填充材料，大多数CSP的热可靠功能增加300%。CSP器件毛病一般与焊料疲劳开裂有关。 无源元件的进步 另一大新兴领域是0201无源元件技术，由于减小板尺寸的市场需要，人们对0201元件十分关注。自从1999年中期0201元件推出，蜂窝制造商就把它们与CSP一起组装到中，印板尺寸由此至少减小一半。处理这类封装相当烦恼，要减少工艺后缺陷（如桥接和直立）的出现，焊盘尺寸最优化和元件间距是关键。只要设计合理，这些封装能够紧贴着放置，间距可小至150?m。另外，0201器件能贴放到BGA和较大的CSP下方。图2是在有0.8mm间距的14mmCSP组件下面的0201的横截面图。由于这些小型分立元件的尺寸特别小，组装设备厂家已计划开发更新的系统与0201相兼容。 通孔组装仍有生命力 光电子封装正广泛应用于高速数据传送盛行的电信和网络领域。一般板级光电子器件是“蝴蝶形”模块。这些器件的典型引线从封装四边伸出并水平扩展。其组装方法与通孔元器件一样，通常采纳手工工艺引线经引线成型压力工具处理并插入印板通路孔贯穿基板。处理这类器件的主要咨询题是，在引线成型工艺期间可能发生的引线损坏。由于这类封装都特别昂贵，必须小心处理，以免引线被成型操作损坏或引线-器件体连接口处模块封装断裂。归根结底，把光电子元器件结合到标准SMT产品中的最正确处理方案是采纳自动设备，如此从盘中取出元器件，放在引线成型工具上，之后再把带引线的器件从成型机上取出，最后把模块放在印板上。鉴于这种选择要求相当大资本的设备投资，大多数公司还会接着选择手工组装工艺。大尺寸印板（20×24）在许多制造领域也特别普遍（图3）。诸如机顶盒和路由/开关印板一类的产品都相当复杂，包含了本文讨论的各种技术的混合，举例来说，在这一类印板上，常常能够见到大至40mm2的大型陶瓷栅阵列（CCGA）和BGA器件。这类器件的两个主要咨询题是大型散热和热引起的翘曲效应。这些元器件能起大散热片的作用，引起封装外表下非均匀的加热，由于炉子的热操纵和加热曲线操纵，可能导致器件中心附近不润湿的焊接连接。在处理期间由热引起的器件和印板的翘曲，会导致如部件与施加到印板上的焊膏别离如此的“不润湿现象”。因而，当测绘这些印板的加热曲线时必须小心，以确保BGA/CCGA的外表和整个印板的外表得到均匀的加热。 印板翘曲要素 为防止印板过度下弯，在再流炉里适当地支撑印板是特别重要的。印板翘曲是电路组装中必须留意观察的要素，并应严格进展特微描绘。再流周期中由热引起的BGA或基板的翘曲会导致焊料空穴，并把大量残留应力留在焊料连接上，造成早期毛病。采纳莫尔条纹投影影像系统特别容易描绘这类翘曲，该系统能够在线或脱机操作，用于描绘预处理封装和印板翘曲的特微。脱机系统通过炉内设置的为器件和印板绘制的基于时间/温度座标的翘曲图形，也能模仿再流环境。 无铅焊接 无铅焊接是另一项新技术，许多公司已经开场采纳。这项技术始于欧盟和日本工业界，起初是为了在进展PCB组装时从焊料中取消铅成份。实现这一技术的日期不断在变化，起初提出在2004年实现，最近提出的日期是在2006年实现。不过，许多公司现正争取在2004年拥有这项技术，有些公司现在已经提供了无铅产品。现在市场上已有许多无铅焊料合金，而美国和欧洲最通用的一种合金成份是95.6Sn3.7Ag0.7Cu。处理这些焊料合金与处理标准Sn/Pb焊料相比拟并无多大差异。其中的印刷和贴装工艺是一样的，主要差异在于再流工艺，也确实是说，关于大多数无铅焊料必须采纳较高的液相温度。SnAgCu合金一般要求峰值温度比Sn/Pb焊料高大约30。另外，初步研究已经说明，其再流工艺窗口比标准Sn/Pb合金要严格得多。关于小型无源元件来说，减少外表能同样也能够减少直立和桥接缺陷的数量，特别是关于0402和0201尺寸的封装。总之，无铅组装的可靠性说明，它完全比得上Sn/Pb焊料，不过高温环境除外，例如在汽车应用中操作温度可能会超过150。 倒装片 当把当前先进技术集成到标准SMT组件中时，技术遇到的困难最大。在一级封装组件应用中，倒装片广泛用于BGA和CSP，尽管BGA和CSP已经采纳了引线-框架技术。在板级组装中，采纳倒装片能够带来许多优点，包括组件尺寸减小、功能提高和本钱下降。令人遗憾的是，采纳倒装片技术要求制造商增加投资，以使机器晋级,增加专用设备用于倒装片工艺。这些设备包括能够满足倒装片的较高精度要求的贴装系统和下填充滴涂系统。此外还包括X射线和声像系统，用于进展再流焊后焊接检测和下填充后空穴分析。焊盘设计，包括形状、大小和掩膜限定，关于可制造性和可测试性（DFM/T）以及满足本钱方面的要求都是至关重要的。板上倒装片（FCOB）主要用于以小型化为关键的产品中，如蓝牙模块组件或医疗器械应用。图4所展示的确实是一个蓝牙模块印板，其中以与0201无源元件同样的封装集成了倒装片技术。组装了倒装片和0201器件的同样的高速贴装和处理也可围绕封装的四周放置焊料球。这能够说是在标准SMT组装线上与施行先进技术的一个上佳例子。7